멀티 소재 세라믹 기반 구성 요소-열가 소성 3D 인쇄 (CerAM-T3DP)에 의해 흑백 지 르 코니 아 부품의 제조 첨가물

Engineering
 

Summary

여기 우리는 더하기 열가 소성 3D 인쇄 (CerAM-T3DP)에 의해 흑백 지 르 코니 아 부품을 제조 하 고 결함이 없는 소 공동에 대 한 프로토콜을 설명 합니다.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Weingarten, S., Scheithauer, U., Johne, R., Abel, J., Schwarzer, E., Moritz, T., Michaelis, A. Multi-material Ceramic-Based Components – Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP). J. Vis. Exp. (143), e57538, doi:10.3791/57538 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

4 D 구성 요소 (3 차원 형상 및 각 위치에서 물질의 성질에 관한 자유의 하나의 학위에 대 한) 세라믹 기반 혜택의 기능적 등급 재료 (FGM) 첨가제 제조 (오전)의 혜택을 결합 하는 열가 소성 3D 인쇄 (CerAM-T3DP)이 개발 되었다. 그것은 다중 소재 부품의 오전 수 있는 직접 오전 기술입니다. 이 기술 흑백 지 르 코니 아 부품의 장점을 설명 하기 위해 제조 없애는 되었고 공동 상 결함-무료.

흑인과 백인 지 르 코니 아 분말의 2 개의 다른 쌍은 다른 열가 소성 정지 준비를 사용 되었다. 적절 한 분배 매개 변수 단일 소재 테스트 구성 요소를 제조 조사 되었고 멀티 컬러 지 르 코니 아 부품의 첨가제 제조에 대 한 조정.

Introduction

기능적으로 등급 재료 (FGM)은 다양 한 속성은 미세 또는 소재1전환에 관한 자료입니다. 이러한 전환 불연속 또는 연속 수 있습니다. FGM의 다른 종류는 소재 그라디언트, 등급된 다공성으로 다 색된 구성 요소와 구성 요소와 같은 알려져 있다.

FGM 구성 요소 제조 될 수 있다 단일 기존의 형성 기술2,3,,45,6,7 또는 이러한 기술의 조합에 대 한 예, 인 몰드 라벨 테이프 캐스팅 및 사출 성형8,9의 조합으로.

첨가제 제조 (오전) 디자인의 지금까지 전례 없는 자유와 부품의 생산에 대 한 수 있습니다. 이 첨단 형성 하는 고분자와 금속에 대 한 기술 이라고 여겨진다. 도자기의 처리에 대 한 첫 번째 상용 프로세스는 사용 가능한10, 그리고 거의 모든 알려진된 오전 기술 세계11,,1213모든 실험실에서 도자기의 오전에 사용 됩니다.

오전의 장점을 결합 하 여 FGM의 혜택 세라믹 기반 4 D 구성 요소 (3 차원 형상 및 각 위치에서 물질의 성질에 관한 자유의 하나의 학위에 대 한)을 열가 소성 3D 인쇄 (CerAM-T3DP) 개발 되었습니다에서 드레스덴, 독일, 직접 오전 기술로 프라운호퍼 IKTS. 멀티 소재 부품14,15,,1617의 오전이 있습니다. CerAM-T3DP 입자 가득 열가 소성 정지의 한 방울의 선택적 증 착을 기반으로 합니다. 여러 주입 시스템을 이용 하 여 다른 열가 소성 정지 레이어 레이어 대량 생산 하 여 서로 옆에 예금 될 수 있는 속성 그라디언트 없애는 제조 녹색 구성 요소18내 뿐만 아니라 소재. 있는 이전 입금된 자료를 공고히 선택적으로 전체 레이어, CerAM-위에 간접 오전 프로세스와 달리 T3DP 프로세스 제거 다음 재료의 증 착 전에 경화 되지 않은 자료의 추가적인 노력이 필요 하지 않습니다. 멀티 소재 부품의 오전에 더 적합 하 고 있습니다.

얻으려면 오전 과정 후 필요한 열 처리에 대 한 극복 하기 위해 도전 있다 비록 CerAM-프로세스 수 FGM의 오전 및 세라믹 기반 구성 요소 전례 없는 속성의 T3DP를 이용 하는 멀티 소재 합성입니다. 특히, 복합 재료에서 짝된 분말 공동 상 성공적으로 수를 동일한 온도 분위기에서 수행할 수 있다 구성 요소의 소 결 해야 합니다. 따라서, 그것은 모든 자료는 유사한 소 결 온도 동작 (시작의 소 결, 수축 동작 온도)를 위한 전제 조건. 냉각 하는 동안 중요 한 기계적 스트레스를 방지 하기 위해 모든 재료의 열 확장의 계수 약 동등한11있다.

한 구성 요소에 다른 특성을 가진 재료의 조합 매니폴드 응용 프로그램에 대 한 전례 없는 속성 구성 요소에 문을 열립니다. 절삭 공구, 내 마모성 부품, 에너지, 및 연료 전지 구성 요소 또는 바이 폴라 수술 도구19,20,,2122, 예를 들어 스테인레스 스틸-지 르 코니 아 복합 재료를 사용할 수 있습니다. 23,24. 이러한 구성 요소 수 실현 될으로 CerAM-T3DP14,15,,1617, 너무, 특별 한 밀링 과정16소 동작의 조정 후.

조밀한과 다공성 지 르 코니 아와 같은 등급된 다공성으로 세라믹 기반 FGM 다공성 영역의 높은 활성 표면 밀도 영역에서 매우 좋은 기계적 특성 결합 되어 있습니다. 이러한 구성 요소와 같이 없애는 CerAM-T3DP18에 의해 제조 될 수 있다.

이 문서에서 우리는 CerAM-T3DP에 의해 하나의 구성 요소에 두 개의 서로 다른 색상으로 지 르 코니 아 부품의 오전 조사. 우리는 한 세라믹 부품이 조합 보석 응용 프로그램에 대 한 흥미 때문에 흰색과 검은색 지 르 코니 아를 선택 했다. 개별된 명품의 수요는 여전히 성장 하 고 매우 높은 이다. 기술 세라믹 기반 다중 소재 구성 요소는 높은 해상도와 매우 좋은 표면 특성의 오전을 허용 하는이 수요를 만족 시킬 수 있게 됩니다. 세라믹 지 르 코니 아 같은 예 생산 시계 구성 요소 또는 시계 케이스 및 베젤 같은 특별 한 햅 틱 때문에 링, 눈, 경도 및 금속에 비해 낮은 무게에 사용 됩니다.

Protocol

1. 열가 소성 정지 CerAM-T3DP에 대 한

  1. 분말의 선택
    1. 검은 열가 소성 정지의 준비에 대 한 블랙 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 블랙-1 사용 하 고 블랙-지 르 코니 아 2.
    2. 흰색 열가 소성 정지의 준비에 대 한 지 르 코니 아 화이트-1과 흰색-지 르 코니 아 2사용 합니다.
      참고: 블랙-지 르 코니 아 2의 제조 업체는 지 르 코니 아의 착 색에 대 한 안료 (4.2 wt.-%)를 사용 하 고 또한 두 파우더 같은 소 동작을가지고 상태. 또한, 알 루미나 (20.43 wt.-%)의 높은 비율의 화이트 색상에 기여 화이트-지 르 코니 아 2. 분말 지 르 코니 아 블랙-1과 지 르 코니 아 화이트-1 다른 구성 있고 따라서 다른 소 결 온도 완전 densification 필요. 지 르 코니 아 화이트-1, 달리 지 르 코니 아 블랙-1 최대 5 wt.-% 안료 구성 되어 있습니다. 권장된 소 결 온도 1400 ° C 블랙-지 르 코니 아 1지 르 코니 아 화이트-1대 한 1350 ° C.
  2. 분말 모양, 표면적 및 입자 크기 분포에 관한 특징.
    참고: 전자 현미경 이미지를 스캔 하는 입자의 모양 사용 되었습니다. 사용된 분말의 입자 크기 분포는 레이저 회절 방법 (레이저 diffractometer)에 의해 측정 되었다. 사용 되는 분말의 특정 표면 특성에 대 한 측정 제조에 의해 제공 되었다.
  3. 다른 지 르 코니 아 정지의 준비를 위해 파라핀과 밀랍 heatable 강력 에 100 ° C의 온도에서 혼합물을 용 해 하 고 폴리머 혼합 균질.
    1. 40 vol.%의 분말 내용에 도달 하기 위해 여러 단계에서 파우더를 추가 합니다.
    2. 100 ° c.에서 2 h 교 반에 의해 분말 폴리머 혼합 균질 모든 정지 같은 분말 콘텐츠 (40 vol.%) 있는지 확인 합니다.
  4. 정지의 특성
    1. 전단 속도 범위 0-5000/s 85 ° C 및 110 ° C. 사이의 범위에 다른 온도 대 한 사이에서 고분자 를 사용 하 여 녹은 현 탁 액의 유 변 학적 동작
      참고: 우리는-25 ° C ~ 200 ° C 측정 시스템 (25 m m 직경) 접시/접시 사이 조정 가능한 고분자 를 사용. 토크 측정 되었다, 그리고 동적 점도 계산 되었다.
    2. 전단 속도의 기능으로 동적 점도 플롯 및 동적 점도 100 Pa·s 10/s의 전단 속도 대 한 아래, 20 Pa·s 100/s의 전단 속도 대 한 아래와 5000/s 또는 증가의 전단 속도 대 한 1 Pa·s 아래는 온도 허용 범위 내입니다.
    3. 동적 점성도 110 ° c.의 온도 대 한 너무 높은 경우 고분자 혼합물을 추가 하 여 서 스 펜 션 구성 변경

2. CerAM-T3DP에 의해 단일 및 다중 소재 부품의 제조

  1. 사용 된 장치
    그림 1 의 사용된 CerAM- T3DP-장치프로 파일 스캐너 와 3 개의 다른 마이크로 디스 펜스 시스템, 동시에 또는 교대로 일할 수 있는 CAD 드로잉을 보여준다. 그들의 2를 사용 하 여 흑백 부품 생산.
    1. 100/s 및 20 m m/s의 최대 속도와 이동 축 주파수로 작은 물방울의 증 착을 설정 합니다.
  2. 증 착 매개 변수의 조사
    (모양, 볼륨, 동질성) 결과 물방울 이나 물방울의 속성에 증 착 매개 변수 (마이크로 디스 펜싱 시스템의 속도, 정지 저수지와 노즐의 온도, 축 속도 작업)의 영향을 조사 사슬 (모양, 볼륨, 동질성)입니다.
    1. 증 착 매개 변수를 변화 하 고 증 착에 대 한 서로 다른 주파수 및 축 속도 사용 하 여 단일 물방울으로 방울 체인을 입금.
      참고: 자료의 속성에 디스펜서 매개 변수의 영향25전에 논의 되었습니다. 매개 변수 값 경계는 경험적으로 결정 되었습니다만.
    2. 물방울에 대 한 분산 체인 높이 너비는 3% 초과 하지 않아야 합니다 다는 것을 확인 하십시오. 매개 변수 펄스 폭, 방울 퓨전 요소 (DFF) 다양 및 압출 폭 (조각화 매개 변수) 직경 보상 차이 최대 100 미크론 높이 차이 최대 50 미크론.
      참고: 그것은 아닙니다 필요 하 고 단일 방울으로 완벽 하 게 모양의 반구를 실현 하는 아마 불가능 하지만 방울 형성의 동질성은 부품의 균질 성 건물을 보장 하기 위해 매우 높은 있는지 확인 해야 합니다.
    3. 다른 초기 매개 변수로 가장 동질적인 물방울 모양 방울 직경, 너비 및 높이 제공 하는 매개 변수 세트를 찾아내기 위하여이 단계를 반복 합니다.
  3. 단일 소재 테스트 부품의 제조
    1. 원하는 부분의 생성 된 3D 모델을 사용 하 고 STL 또는 AMF 파일 형식으로 저장 합니다.
    2. 조각화 프로그램 (예: 슬라이서 1 또는 슬라이서 2)를 사용 하 여 해당 G-코드 생성. 2.2 단계에서 인수 물방울 모양에 대 한 속성을 설정 합니다.
    3. G-코드를 업로드 하 고 CerAM-T3DP-장치를 프로세스 매개 변수를 채울. CerAM-T3DP-장치 단계에서 얻은 2.2 해당 않았다 물방울 모양 슬라이서를 제공 하는 매개 변수를 설정 합니다. 건축 작업을 시작 하려면 장치 소프트웨어를 시작 합니다.
      참고: 원하는 부분을 구축 하거나 새로운 정지를 사용 하기 전에 특정 테스트 샘플을 제조에 유리 하다.
  4. CerAM-멀티 소재 부품의 T3DP
    1. 관련 된 각 자료에 대 한 단계 2.2을 실행 합니다.
    2. 약 같은 물방울 특성 있는 두 자료에 대 한 분배 매개 변수를 선택 합니다.
    3. 하나의 물방울과 큰 결함과 오류가 구성 요소에서 발생할 수 있는 다른 물질에 대 한 높이에 차이 피하기 위해 결과 중복 사이의 거리를 변경 하 여 레이어 높이 조정 합니다.
      참고: 두 방울과 관련 된 더 큰 오버랩 사이의 거리를 줄여, 너비와 높이 물방울 체인의 증가 한 방울의 거의 지속적인 볼륨 때문에. 그것은 작은 물방울 체인 폭 방울 체인 높이 보다 더 빨리 증가 관찰할 수 있습니다.
    4. 원하는 부분의 생성 된 3D 모델을 사용 하 고 AMF 파일으로 저장 합니다. 슬라이서를 지 원하는 경우 여러 구성 요소 영역 또한 STL 파일 형식으로 저장할 수 있습니다.
    5. 멀티 소재 구성 요소를 인쇄 하려면 각 자료에 대 한 해당 마이크로 디스 펜스 시스템 을 할당 하 여 사용 조각화 소프트웨어에 관련 된 자료를 해당 구성 요소 영역을 할당 합니다.
    6. 슬라이서 소프트웨어를 사용 하 여 각 재료에 대 한 G-코드를 생성 합니다.
    7. G-코드를 업로드 하 고 CerAM-T3DP-장치를 프로세스 매개 변수를 채울. CerAM-T3DP-장치 단계에서 얻은 2.2 해당 않았다 물방울 모양 슬라이서를 제공 하는 매개 변수를 설정 합니다. 건축 작업을 시작 하려면 장치 소프트웨어를 시작 합니다.

3. 공동 디 바인딩 및 공동 소의 단일-및 멀티-Material 구성 요소

  1. 다음 별도 단계에서 녹색 샘플을 debind.
    1. 첫째, 모 세관 힘에 의해 바인더 재료의 제거를 촉진 하 고 균질 온도 분포를 보장 구조적 뿐만 샘플을 지원 하기 위해 정교 알 루미나 분말 (분말 침대)의 느슨한 대량 샘플을 넣어.
    2. 공기 분위기에서 (로 디 바인딩)로 매우 낮은 난방 속도 디 바인딩 수행 270 ° c.까지 4 K/h는 결함이 없는 디 바인딩 되도록가 열 속도 설정 합니다.
  2. 이 첫 번째 debinding 단계 후 조심 스럽게 예 좋은 브러시로 침구 분말 제거. 알 루미나가 마 가구에 샘플을 놓습니다.
  3. 공기 분위기에서 두 번째 debinding 단계 적용 최대 900 ° C (12 K/h)에서 동일한.
    참고: 모든 나머지 유기 바인더 재료 열 제거 되었습니다, 내 같은 단계에서 지 르 코니 아 입자의 전 소로 시작 된가 마 소에 샘플의 후속 전송을 활성화 하는 동안.
  4. 마지막으로 적당 한 보일 러 (소 노)에서 2 h 1350 ° C (180 K/h)에서 공기 분위기에서 샘플을 sinter. 구성 요소의 수축 길이 측정 3 차원에 의해 특성화 고 그것은 각 방향에 대 한 약 20% 다는 것을 확인 한다.

4. 단일 및 다중 Material 부품의 특성

  1. 샘플을 제대로 잘라내어 ceramographic 메서드를 사용 하 여 표면 폴란드어.
  2. 필드 방출 스캐닝 전자 현미경 (FESEM)를 사용 하 여 조사는 미세에 적용 됩니다.
  3. 시각의 두 단계 및 사용된 재료의 경계 인터페이스에서 다공성을 검사 합니다. 더 자세한 결과 FESEM 및 후속 그림 분석 내에서 소 결 된 미세 다공성을 조사 하 여 예를 들어 인터페이스 분석을 수행 합니다.
    타겟된 다공성 1% 미만 이다입니다. 다공성이 너무 높은 경우, 증 착 매개 변수 상승 (2.2) 또는 열 처리 (3)의 정권이 다.

Representative Results

측정 된 부품의 생산에 대 한 동일한 제조 업체의 파우더만 멀티 소재 각 구성 요소에 대 한 결합 되었습니다. 실험 한 구성 요소에 다른 제조의 파우더와는 여전히 진행 중입니다. 이 목적을 위해 다른 수축 율 간주 해야 합니다.

지 르 코니 아 화이트-1 분산 후의 평균 입자 지름 (d50)의 측정 결과 0.37 µ m 이었다. 제조 업체는 실제 입자 크기 0.04 µ m (1 개의 크기 순서 더 적은)의 상태. 지 르 코니 아 블랙-1의 평균 입자 크기 (d50)은 0.5 µ m. 그림 2 (A) 정보.지 르 코니 아 화이트-1그림 2 (B) FESEM 이미지는 드롭의 표면의 FESEM 분석에서는 그림 2 (C) 그림 2 (D)블랙-지 르 코니 아 1도마찬가지. 큰 둥근과 립 (100 µ m까지 직경) 건조 눌러 원 재료에 대 한 일반적 치료 두 분말에 의하여 이루어져 있다. 지 르 코니 아 화이트-1 (그림 2 (B))의 기본 입자와 지 르 코니 아 블랙-1 (그림 2 (D)) 거의 0.04 μ의 실제 입자 크기 드롭 표면의 FESEM 이미지 표시 m입니다.

그림 2 (E) - 2 (H) 흰색-지 르 코니 아 2 블랙-지 르 코니 아 2의FESEM 이미지를 표시 합니다. 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-2 블랙-지 르 코니 아 2의 측정 된 평균 입자 크기 (d50)는 0.27 µ m 및 0.25 µ m, 각각, 어떤 점에서 입자는 100 µ m (그림 2 최대 직경을 가진 둥근 알갱이로 존재 (E)그림 2 (G)). 백색 분말 기본 입자의 크기는 0.1 µ m (그림 2 (F)) 아래입니다. 흑색 화약 기본 입자는 직경 (그림 2 (H))에 최대 0.5 µ m입니다.

그림 3 (A) 전단 속도 및 온도 (85 ° C와 100 ° C)의 기능으로 지 르 코니 아 화이트-1지 르 코니 아 블랙-1에 따라 정지의 동적 점도 보여준다. 두 정지 동작 온도에 숱이 전단을 보여줍니다.

표 1 에 현 탁 액 및 다른 온도 대 한 다른 전단 속도에서 측정 된 점도 요약 되어 있습니다.

그림 3 (B) 흰색-지 르 코니 아 2지 르 코니 아 블랙-2 (85 ° C와 100 ° C)에 따라 정지의 유 변 학적 동작을 보여 줍니다. 모든 그래프 표시 동작을 숱이 전단. 표 2 는 다른 전단 속도에서 다른 온도 대 한 정지의 측정 된 점도 요약합니다.

전단 속도 제어 측정 뿐만 아니라 장기적인 측정 실시 했다. 그림 3 (C) 10/s 이상 2 h의 일정 한 전단 속도에 모든 4 개의 정지에 대 한 장기적인 측정 하는 동안 동적 점성의 과정을 보여 줍니다. 화이트 지 르 코니 아 정지 (흰색-지 르 코니 아 1과 흰색-지 르 코니 아 2)의 동적 점도 거의 일정 (표 3), 동적 점도 (지 르 코니 아 블랙-1 블랙 지 르 코니 아의 약간 감소 하는 경향이 있다 그리고 지 르 코니 아 블랙-2).

투약 매개 변수의 경험적 결정 후 단일 구성 요소, 제조 3 차원 구조 각 정지에 대 한 관리 되었다. 그림 4 (A) 표시의 정지를 기반으로 하는 복잡 한 소 결된 테스트 구조 지 르 코니 아 화이트-1와 없애는 CerAM-T3DP에 의해 제조. 같은 구조를 없애는 CerAM-T3DP와 지 르 코니 아 블랙-1에의해 제조 테스트-서 스 펜 션 그림 4 (B)에 표시 됩니다.

그림 4 (C)는 지 르 코니 아 화이트-2, 그림 4 (D) 블랙-지 르 코니 아 2기반으로 하는 소 결된 테스트 구조의 지 르 코니 아 정지에 따라 소 결된 테스트 구조를 보여 줍니다. 단일 색상 구성 요소 제조 후 다 색 부품의 제조가 일어났다. 그림 4 (D) 4 (F)를 일부 상 멀티 컬러 지 르 코니 아 부품 첨가제 제조 CerAM-T3DP를 사용 하 여 표시 합니다.

그림 5 (A)그림 5 (B) 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-1 (맨 위) 및 에 따라 두 정지 사이 명확 하 게 구별할 수 인터페이스 구성 요소 다 색의 미세의 FESEM-이미지 보기 지 르 코니 아 블랙-1 (아래).

에너지 흩어진 엑스레이 분 광 분석 (EDX) 소 결 된 지 르 코니 아 블랙-1의 미세에 더 알 루미나 표면 (그림 6 (A-C)) 발생 했다. 평가의 구성 하는 및 지 르 코니 아-블랙 1-미세 특히 더 자세히 더 EDX 수사에 어두운 지역에서에서 일어났다 (그림 6 (D-G)) (그림 6 (E)의 강 수를 보여준 ).

Figure 1
그림 1: 사용된 CerAM-의 CAD 드로잉 T3DP-장치 3 명의 마이크로 분배 단위와 하나의 표면 스캐너. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: FESEM-이미지 사용된 지 르 코니 아의 알갱이 만든다. (A) 화이트-지 르 코니 아 1 알갱이 만든다-개요 및 (B) 표면; (C) 지 르 코니 아 블랙-1 그래 뉼-개요 및 (D) 표면; (E) 지 르 코니 아 화이트-2 그래 뉼-개요 및 (F) 표면; (G) 블랙-지 르 코니 아 2 그래 뉼-개요 및 (H) 표면.

Figure 3
그림 3: 열가 소성 정지의 유 변 학적 행동. (A) 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-1 블랙-지 르 코니 아 1;에 따라 (B) 기반 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-2 블랙-지 르 코니 아 2; (C) 비교 상수에 장기 측정 하는 동안 모든 4 개의 정지의 전단 10/s의 속도.

Figure 4
그림 4: 소 결 단일-및 멀티-material 구조 더하기 T3DP에 의해 제조 테스트. 지 르 코니 아 화이트-1 기반으로 하는 (A) -서 스 펜 션; 지 르 코니 아 블랙-1 기반으로 하는 (B) -서 스 펜 션; 지 르 코니 아 화이트-2 기반으로 하는 (C) -현 탁 액; 블랙-지 르 코니 아 2 기반으로 하는 (D) -서 스 펜 션; 지 르 코니 아 화이트-1 - 블랙-지 르 코니 아 1 기반으로 (E) -서 스 펜 션; (F) 화이트-지 르 코니 아 2- 블랙-지 르 코니 아 2 -서 스 펜 션-프레임 구조로 및 (G) 고리 모양의 구조 기반으로 합니다.

Figure 5
그림 5: FESEM 이미지. 소 결 된 지 르 코니 아 화이트-1 (맨 위)와 지 르 코니 아 블랙-1 (아래쪽) 사이의 인터페이스에서 횡단면의 FESEM 이미지 (A) 평면 인터페이스와 (B) 한 인터페이스

Figure 6
그림 6: 소 결 된 지 르 코니 아 화이트-1에서 EDX 측정 결과 / 블랙-지 르 코니 아 1 -인터페이스. (A) 측정 필드 1 + 2 (D) 3-5;에 대 한 개요 측정 (B) 필드 1, (C) 2, (E) 필드 3, 4 (F) 필드의 결과 (G) 5 필드.

Figure 7
그림 7: 지 르 코니 아 화이트-1- 블랙-지 르 코니 아 1의 질량 변화-열 분해 동안 정지 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Table 1
표 1: 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-1지 르 코니 아 블랙-1기반으로 열가 소성 정지의 동적 점도. 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.

Table 2
표 2: 지 르 코니 아 파우더 지 르 코니 아 화이트-2와 지 르 코니 아 블랙-2기반으로 열가 소성 정지의 동적 점도. 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.

Table 3
표 3: 10/s 일정 전단 속도로 장기 측정 하는 동안 모든 4 개의 정지의 동적 점도 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

높은 전단 속도 5000/s에서 녹은 서 스 펜 션의 유 변 학적 행동의 특성은 디스 펜스 시스템 (피스톤과 노즐 챔버의 형상, 피스톤의 속도) 사용된 마이크로 내 조건 평가 이후 필요 전단 속도 5000/s 및 더 높은 증 착 과정25동안 시스템을 분배 하는 마이크로 생성 됩니다 밝혔다.

멀티 소재 부품의 제조에 대 한 디스펜서의 캘리브레이션 지원 인쇄 매개 변수를 조사 할 수 있습니다. 속성 자료의 디스펜서 매개 변수의 영향25에서 논의 되었습니다. 매개 변수 값 경계만 되었습니다 determent 경험입니다. 지금까지 경험적 방울 체인 높이 너비에 대 한 분산 3%를 초과 하지 않아야 합니다. 직경 100 미크론 까지의 차이 50 마이크론까지 높이 차이 매개 변수 펄스 폭, 방울 퓨전 요소 (DFF) 및 압출 폭 (슬라이스 매개 변수)에 의해 보상 될 수 있다.

그것은 한 방울 때문에 그것은 다른 자료에의 할 경우는 레이어 내에서 흘 귀 착될 것입니다 사이의 거리를 변경 하 여 다른 물자의 레이어 높이 서로 조정 된다 인쇄 과정에 대 한 중요 한 일치 하지입니다. 한 흘 큰 결함 및 결함 부품 리드. 두 방울과 관련 된 더 큰 오버랩 사이의 거리를 줄임으로써, 너비와 높이 물방울 체인의 한 방울의 거의 일정 한 볼륨으로 인해 증가 합니다. 그것은 작은 물방울 체인 폭 방울 체인 높이 보다 더 빨리 증가 관찰할 수 있습니다. 그것은 필요 하 고 단일 방울으로 완벽 하 게 모양의 반구를 실현 하는 아마 불가능 하지만 피팅 매개 변수 방울 형성의 동질성은 한 균질 성 보장 하는 매우 높은 분배를 결정 하 여 확인을 해야합니다 구성 요소의 건물입니다.

85 ° C에서 측정 마이크로 디스 펜싱 시스템의 먹이 카트리지에서 정지의 유 변 학적 동작을 시뮬레이션합니다. 90 ° c, 바인더 구성 요소 분해 (그림 7)를 시작합니다. 모든 정지 거의 비슷한 동작을 보여줍니다. 마이크로 디스 펜싱 시스템의 사용된 노즐 온도 100 ° c. 이 온도 때문에 노즐을 통과 하면서 정지 온도 증가 기인한 낮은 점도 방울 형성을 촉진 합니다. 이 온도에서 노즐 내에서 정지의 짧은 유지 시간 때문에 분해는 하지 영향을 미치는 소재 동작 크게.

다 색 구성 요소 거의 결함이 없는, 하지만 블랙-지 르 코니 아 2 그리고 백색-지 르 코니 아 2 분말 백색 단계의 색상 분홍색으로 설정에 대 한 소 결 했다 될 수 있습니다. 색 변경에 대 한 원인 소 결 하는 동안 다른 재료 사이의 확산 프로세스입니다. 이것은 표면에만 효과 고 연마 단계에 의해 제거 될 수 있다. 하지만 이것은 매우 오전 기술에 의해 만들어진 복잡 한 구조에 대 한 도전적 이다.

내 다 색 구성 요소 사이 두 개의 다른 구성 평면 및 결합 한 경계 인터페이스 개발. 따라서, 재료의 드롭 바인딩된 증 착에 다른 마이크로 구조의 배열 수 있습니다 실현 될 매우 정확 하 게. 또한, 물방울 모양 2 개의 물자 사이 경계 인터페이스를 증가 악용 될 수 있습니다. 지금까지 개별 소재 전환 제작 되었습니다. 미래 연구에는 재료 간의 점진적 변경의 생산 포함 되어 있습니다.

Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 프로젝트는 유럽 연합의 수평선 2020 연구 및 부여 계약 번호 678503에서 혁신 프로그램에서 자금을 받았다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Zirconia black - 1 TZ-3Y-Black Tosoh
Zirconia black - 2 ZirPro ColorYZ Black Saint Gobain
Zirconia white - 1 TZ-3Y-Black Tosoh
Zirconia white - 2 ZirPro ColorYZ Arctic White Saint Gobain
Equipment
laser diffractometer Mastersizer 2000 Malvern Instruments Ltd., United Kingdom
dissolver DISPERMAT CA 20-C VMA-Getzmann GmbH, Germany
rheometer Modular Compact Rheometer MCR 302  Anton Paar, Graz, Austria
micro dispensing system MDS 3250 Vermes, Germany  
T3DP-device  IKTS-T3DP-device "TRUDE", in-house development Fraunhofer IKTS, not commerzialized
profile scanner LJ-V7020 Keyence  
Slicer 1 Slic3r open source software
Slicer 2 Simplify3D Simplofy3D
debinding furnace NA120/45 Nabertherm, Germany
sintering furnace LH 15/12 Nabertherm, Germany 
FESEM Gemini 982  Zeiss, Germany 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kieback, B., Neubrand, A., Riedel, H. Processing techniques for functionally graded materials. Materials Science and Engineering - A. 362, (1-2), 81-106 (2003).
  2. Mortensen, A., Suresh, S. Functionally graded metals and metal-ceramic composites: Part 1 Processing. International Materials Reviews. 40, (6), 239-265 (1995).
  3. Moya, J. S., Sánchez-Herencia, A. J., Requena, J., Moreno, R. Functionally gradient ceramics by sequential slip casting. Materials Letters. 14, (5), 333-335 (1992).
  4. Moya, J. S., Sánchez-Herencia, J. A., Bartolomé, J. F., Tanimoto, T. Elastic modulus in rigid Al2O3/ZrO2 ceramic laminates. Scripta Materialia. 37, (7), 1095-1103 (1997).
  5. Zschippang, E., Mannschatz, A., Klemm, H., Moritz, T., Martin, H. -P. Charakterisierung und Verarbeitung von Si3N4-SiC-MoSi2-Kompositen für Heizleiteranwendungen. Keramische Zeitschrift. 65, (5), 294-297 (2013).
  6. Scheithauer, U., Haderk, K., Richter, H. -J., Petasch, U., Michaelis, A. Influence of the kind and amount of pore forming agents on the thermal shock behaviour of carbon-free refractory components produced by multilayer technology. refractories WORLDFORUM. 4, (1), 130-136 (2011).
  7. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Slawik, T., Richter, H. -J., Moritz, T., Michaelis, A. Functionally Graded Materials Made by Water-Based Multilayer Technology. Refractories Worldforum. 8, (2), 95-101 (2016).
  8. Mannschatz, A., Härtel, A., Müller-Köhn, A., Moritz, T., Michaelis, A., Wilde, M. Manufacturing of Two-colored Co-sintered Zirconia Components by Inmold-labelling and 2C-Injection Molding, cfi/Ber. DKG. 91, (8), (2014).
  9. Moritz, T., Scheithauer, U., Mannschatz, A., Ahlhelm, M., Abel, J., Schwarzer, E., Pohl, M., Müller-Köhn, A. Material- and process hybridization for multifunctional ceramic and glass components. Ceramic Applications. 5, (2), 66-71 (2017).
  10. Homa, J. Rapid Prototyping of high-performance ceramics opens new opportunities for the CIM industry. Powder Injection Moulding International. 6, (3), 65-68 (2012).
  11. Chartier, T., Badev, A. Rapid Prototyping of Ceramics. Handbook of Advanced Ceramics Elsevier. Oxford, UK. (2013).
  12. Travitzky, N., et al. Additive Manufacturing of ceramic-based materials. Advanced Engineering Materials. 16, 729-754 (2014).
  13. Zocca, A., Colombo, P., Gomes, C. M., Günster, J. Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities. Journal of the American Ceramic Society. 98, (7), 1983-2001 (2015).
  14. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Richter, H. J., Moritz, T. Thermoplastic 3D Printing - An Additive Manufacturing Method for Producing Dense Ceramics. JACT. 12, (1), 26-31 (2014).
  15. Scheithauer, U., Bergner, A., Schwarzer, E., Richter, H. -J., Moritz, T. Studies on thermoplastic 3D printing of steel-zirconia composites. J Mat Res. 29, (17), 1931-1940 (1931).
  16. Scheithauer, U., Slawik, T., Schwarzer, E., Richter, H. -J., Moritz, T., Michaelis, A. Additive Manufacturing of Metal-Ceramic-Composites by Thermoplastic 3D-Printing. J. Ceram. Sci. Tech. 06, (02), 125-132 (2015).
  17. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Haertel, A., Richter, H. J., Moritz, T., Michaelis, A. Processing of thermoplastic suspensions for Additive Manufacturing of Ceramic- and Metal-Ceramic-Composites by Thermoplastic 3D-Printing (T3DP), 11th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications. Ceramic Transactions. 256, (2016).
  18. Scheithauer, U., Weingarten, S., Johne, R., Schwarzer, E., Abel, J., Richter, H., Moritz, T., Michaelis, A. Ceramic-Based 4D-Components: Additive Manufacturing (AM) of Ceramic-Based Functionally Graded Materials (FGM) by Thermoplastic 3D-Printing (T3DP). Preprints. 2017100057 (2017).
  19. Lee, H. C., Potapova, Y., Lee, D. A core-shell structured, metal-ceramic composite supported Ru catalyst for methane steam reforming. J of Power Sources. 216, 256-260 (2012).
  20. Molin, S., Tolczyk, M., Gazda, M., Jasinski, P. Stainless steel/yttria stabilized zirconia composite supported solid oxide fuel cell. J. Fuel Cell Sci. Technol. 8, 1-5 (2011).
  21. Roberts, H. W., Berzins, D. W., Moore, B. K., Charlton, D. G. Metal-Ceramic Alloys in Dentistry: A Review. Journal of Prosthodontics. 18, (2), 188-194 (2009).
  22. Largiller, G., Bouvard, D., Carry, C. P., Gabriel, A., Müller, J., Staab, C. Deformation and cracking during sintering of bimaterial components processed from ceramic and metal powder mixes. Part I: Experimental investigation. Mechanics of Materials. 53, 123-131 (2012).
  23. Meulenberg, W. A., Mertens, J., Bram, M., Buchkremer, H. -P., Stöver, D. Graded porous TiO2 membranes for micro-filtration. Journal European Ceramic Society. 26, 449-454 (2006).
  24. Baumann, A., Moritz, T., Lenk, R. Multi component powder injection moulding of metal-ceramic-composites. Proceedings of the Euro International Powder Metallurgy Congress and Exhibition. (2009).
  25. Scheithauer, U., Johne, R., Weingarten, S., Schwarzer, E., Abel, J., Richter, H., Moritz, T., Michaelis, A. Investigation of Droplet Deposition for Suspensions Usable for Thermoplastic 3D Printing (T3DP). Journal of Materials Engineering and Performance. (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics